n_s – коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям;

n_t – коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям.

      ,  (5.2)

где s _-1 и t _-1 – пределы выносливости для материала вала при симметричных циклах изгиба и кручения, МПа;

   s_а, t_а и s_m, t_m – амплитуды и средние напряжения циклов нормальных и касательных напряжений, МПа;

   k_s и k_t – эффективные коэффициенты концентрации напряжений при изгибе и при кручении;

   e_s и e_t – масштабные факторы для нормальных и касательных напряжений;

   y_s и y_t – коэффициенты, учитывающие влияние постоянной составляющей цикла на усталостную прочность.

      Можно считать, что нормальные напряжения, возникающие в поперечном сечении вала от изгиба, изменяются по симметричному циклу, тогда:

       (5.3)

где М_изг. – суммарный изгибающий момент в наиболее нагруженном сечении, Н×мм;

   W – момент сопротивления сечения при изгибе, мм³.

      Для круглого сечения вала:

       (5.4)

      Для круглого сечения со шпоночной канавкой:

       (5.5)

где b и t – ширина и высота шпоночной канавки, мм.

      Для сечения вала со шлицами:

       (5.6)

где x = 1,125 – для шлицев легкой серии;

   x = 1,205 – для шлицев средней серии;

   x = 1,265 – для шлицев тяжелой серии.

      Так как момент, передаваемый валом, изменяется по величине, то при расчете принимают для касательных напряжений наиболее неблагоприятный знакопостоянный цикл – отнулевой:

       (5.7)

где W_к – момент сопротивления вала при кручении, мм³.

      Для круглого сечения вала:

       (5.8)

      Для сечения вала со шпоночной канавкой:

       (5.9)

      Для сечения вала со шлицами:

       (5.10)

     5.3 Расчет на прочность шпонок и шлицевых соединений

      Условие прочности по смятию для призматической шпонки имеет вид:

       (5.11)

где z – число шпонок;

   s_см.– напряжение смятия, МПа;

   [s]_см. – допускаемое напряжение при смятии, МПа;

   l_p– рабочая длина шпонки, мм;

   d – диаметр вала, мм;

   h – высота шпонки, мм.

      Условие прочности из расчета на срез шпонки:

       (5.12)

где [t]_ср. – допускаемое напряжение при срезе, МПа.

      Расчет  шлицевых соединений условно производят на смятие втулки в месте ее соприкосновения с боковыми поверхностями зубьев.

       (5.13)

где y = 0,7¸0,8 – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по зубьям;

   z – число зубьев;

   l– рабочая длина зуба вдоль оси вала, мм;

   h – рабочая высота  контактирующих зубьев в радиальном направлении, мм;

   r_ср. – средний радиус, мм.

      Расчет  сечения сплошного вала выполнен с использованием программы «SIRIUS 2». Результаты расчета находятся в приложении И.

 

Список  использованных источников

1. Пуш В.Э. Конструирование  металлорежущих станков – М.: Машиностроение,1987. – 390 с.
2. Решетов Д.Н. Детали и механизмы металлорежущих станков – М.: Машиностроение, т. 1 и 2, 1972.
3. Орлов П.И. Основы конструирования – М.: Машиностроение, т. 1 и 2, 1998.
4. Кучер И.М. Металлорежущие станки – Л.: Машиностроение, 1969. – 720 с.
5. Кучер А.М., Киватицкий М.М., Покровский А.А. Машиностроительные станки – Л.: Машиностроение, 1972. – 308 с.
6. Дунаев П.Ф. Конструирование узлов  и деталей машин : Учеб. Пособие для техн. спец. Вузов. – 5-е издание перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 1998. – 447 с., ил.  
7. Перель Л.Я., Фролов А.А. Подшипники качения – М.: Машиностроение, 1992. – 543 с.
8. Скороходов Е.А. Общетехнический справочник – М.: Машиностроение, 1982. – 415.
9. Палей М.А., Романов А.Б., Брагинский В.А. Допуски и посадки – Л.: Политехника, т. 1и 2, 1991.
10. Методические указания для студентов.

 

Приложение  А

(обязательное)

 

     Кинематический  расчет

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Наибольшая частота вращения выходного вала (об/мин)                          2400

Наименьшая частота  вращения выходного вала (об/мин)                           20

Частота вращения вала двигателя привода (об/мин)                                   1000

Мощность двигателя привода                                                                           3

Знаменатель ряда                                                                                             1,26

Код типа коробки  передач (коробка скоростей)                                              4 

Рекомендуемый конструктивный вариант:

3.0000,    3.0000,    2.0000,

Рекомендуемый кинематический вариант:

3.0000,    1.0000,    9.0000,

Результаты распределения  характеристики всей цепи по группам  передач:

Характеристика всей цепи   16.9270

Характеристика  0 0.9270

Характеристика  1 5.0000

Характеристика  2 5.0000

Характеристика  3 6.0000

Матрица передаточных чисел:

0    0.8072

1    0.3149    0.6299    1.2600

2    0.3149    0.3968    0.4999

3    0.2499    2.0004

Матрица чисел зубьев:

0   21.00   18.00

1 57.00 18.00 46.00 29.00 33.00 42.00

2 64.00 20.00 60.00 24.00 56.00 28.00

3 72.00 18.00 30.00 60.00

Матрица частот вращения валов(об/мин):

Частота вращения входного вала коробки передач 

807.1583

Частота вращения второго вала коробки передач

254.8921   508.8607  1027.2924

Частота вращения третьего вала коробки передач

79.6538   159.0190   321.0289

101.9568   203.5443   410.9170

127.4460   254.4303   513.6462

Частота вращения четвертого вала коробки передач

19.9134    39.7547    80.2572

25.4892    50.8861   102.7292

31.8615    63.6076   128.4115

159.3076   318.0379   642.0577

203.9137   407.0885   821.8339

254.8921   508.8607  1027.2924

Расчетная кинематическая цепь (об/мин)

1000.0000  807.1583  508.8607  159.0190  39.7547

Расчетные моменты  на валах (Н/м)

28.9278   34.7639   52.9536  101.7026  390.6601

Ориентировочные диаметры валов (мм)

14.3743   15.2823   17.5838   21.8570   34.2305

 

Приложение  Б

(обязательное)

 

Структурная сетка и график частот вращения коробки 

скоростей

 

Приложение  В

(обязательное)

 

Расчет  прямозубой эвольвентной передачи 

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ 1

Крутящий момент на шестерне.....................…………...  28.9

Частота вращения шестерни (об/мин)..............………  1000

Допускаемое контактное напряжение (МПа).........…...  600.00

Допускаемое изгибное напряжение (МПа)...........…….  195.00

Отношение ширины венца к нач. диаметру шестерни….  0.20

Число зубьев шестерни..........................…………………  18.00

Число зубьев колеса.............................………………......  21.00

Cтепень точности  передачи (6,7 или 8)...........………………  7

Код расположения передачи.......................………………….  1 

РЕЗУЛЬТАТ РАСЧЕТА

Расчетный модуль по контактным напряжениям....  2.755 мм

Расчетный модуль по изгибным напряжениям........  2.972 мм

Стандартный модуль по ГОСТ 9563-60.......... ….…  3.000 мм

Межосевое расстояние .............................................  58.500 мм

Ширина шестерни .............................………………  18.600 мм

Окружная скорость зубьев передачи............……..…...  4.7 м/с  

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ 2

Крутящий момент на шестерне.....................……….....  34.7

Частота вращения шестерни (об/мин)..............………  807

Допускаемое контактное напряжение (МПа).........…...  600.00

Допускаемое изгибное напряжение (МПа)...........…….  195.00

Отношение ширины венца к нач. диаметру шестерни….  0.20

Число зубьев шестерни..........................…………………  29.00

Число зубьев колеса.............................………………......  46.00

Cтепень точности  передачи (6,7 или 8)...........………………  7

Код расположения передачи.......................………………….  1 

РЕЗУЛЬТАТ РАСЧЕТА

Расчетный модуль по контактным напряжениям....  2.224 мм

Расчетный модуль по изгибным напряжениям........  2.957 мм

Стандартный модуль по ГОСТ 9563-60.......... ….…  3.000 мм